Fókuszban a geológia, avagy hogyan csinálj sikeres geotermikus projektet
Szerzők: Garaguly István, Varga Gábor, Breitner Dániel, Gáti Mátyás
MS Energy Solutions Kft.
Gyakran hangoztatott közhely, hogy „hazánk geotermikus nagyhatalom”. Európai viszonylatban, ha szigorúan a földtani adottságokat és lehetőségeket nézzük, valóban szerencsés geotermikus adottságú területnek számít a Kárpát-medence nagy része.
A Magyarországon elérhető hévízek várható hőmérséklete jelentősen korlátozza azok hasznosítását. Az országban található több mint 1100 termálvízkútból jelenleg csupán közel 650 működik. A kitermelt hőteljesítményt megközelítőleg 40-40%-ban fűtésre és mezőgazdasági célra, a maradékot gyógyászati célra hasznosítják (Forrás: Nemzeti Földhő Hasznosítási Koncepció, 2004). Geotermikus távhőrendszer jelenleg 11 településen van, ez kiegészül további 14 településsel, ahol pedig termálvizes településfűtés működik. Az elmúlt 10–15 év legjelentősebb előrelépése néhány nagyobb távhőrendszer részleges geotermikus átállítása volt, ezek közül a legnagyobbak a győri, a miskolci és a szegedi rendszerek. A további fejlesztési irányok szempontjából fontos, hogy az eddigi, kis befektetési igényű beruházások után az újabb eredményes bővítések jellemzően már komolyabb földtani kutatást vagy teljesen új távhőrendszerek kiépítését teszik szükségessé.
A geotermikus fűtési rendszer megtervezéséhez és megvalósításához két fő szakterület sikeres együttműködésére és összehangolására mindenképp szükség van:
- Geoműszaki szakterületek, hogy a geotermikus hőforrást a lehető legpontosabban meghatározzák és a kitermelést optimalizálják.
- Gépészeti és energetikai szakterületek, amelyek a kitermelt hőenergia felszíni elosztását és hasznosításához szükséges műszaki megoldást és szaktudást biztosítják.
Az alábbiakban a felszín alatti geotermikus kutatás főbb elemeit és szempontját mutatjuk be.
A felszín alatti rendszer ismerete elengedhetetlen nemcsak a geotermikus erőforrás megtalálásához, hanem annak hosszú időn keresztül is fenntartható termeléséhez is. A felszín alatti és a felszíni rendszer közötti kapcsolat a mélyfúrás, amelynek kiképzése, kútpályája és kútgépészeti kialakítása az adott geotermikus rezervoárhoz illeszkedik, megfelelő, költséghatékony és biztonságos tervezése a földtani adottságokon alapul. Ez a geotermikus rendszerek első épített mérnöki objektuma.
Egy termálkút megtervezése során alkalmazott kutatási módszerek változatosak. Ide tartoznak a felszíni geofizikai mérések (pl. 2 és 3 dimenziós szeizmikus, vagy gravitációs mérések), valamint az eltérő céllal lemélyített kutakból nyert földtani információk (szénhidrogén-, víz- vagy szerkezetkutató fúrások). A sokszor több évtized alatt összegyűlt vizsgálati eredményeket adatbázisokba rendezik, és szakmailag értékelik.
Magyarországon a földtani adatok elérhetősége sok európai országhoz képest kiugróan jó, az adattári szolgáltatást a Szabályozott Tevékenységek Felügyeleti Hatósága végzi. A földtani adatokat minden kutatást végző cégnek, jogszabályban meghatározott módon be kell szolgáltatnia, hogy az ország természeti erőforrásairól, ásványkincseiről, beleértve a vízbázisokat is, megfelelő, a köz számára is elérhető adatok álljanak rendelkezésre. Ez közös érdekünk is.
A geotermikus kutatási projektek kezdetekor ez az államilag kezelt adatbázis jelenti azt a kiindulási alapot, amelyre építeni lehet. Azonban a rendelkezésre álló adatok eloszlása és minősége területenként jelentősen eltérhet. Azokon a területeken, ahol korábban szénhidrogén-kutatást folytattak, általában nagyobb mennyiségű és jobb minőségű adat érhető el. Ennek következtében az alföldi, síkvidéki területek a kiemelkedő adatellátottságúak, ezzel szemben például az ország legnagyobb hőpiacával rendelkező Budapest területén aránylag kevés földtani adat áll rendelkezésre. Egy fúrás sikerességének kockázatát pedig pont a tervezés alapjául szolgáló alapos földtani adatgyűjtéssel lehet és kell mérsékelni.
A Kárpát-medencében több, termálvíz termelésre (illetve általában víztermelésre) kifejezetten alkalmas képződmény is található (Horváth et al. 2015; Szanyi et al. 2021; Nádor & Lenkey 2024). Ezek közül a két legjelentősebb, nagy hőmérsékletű hévíztároló képződménycsoport különíthető el: a fiatalabb, késő-miocén–pliocén (korábbi nevezéktan szerint felső-pannóniai) homokkövek (Újfalui Homokkő Formáció), és a különböző, mezozoós, repedezett karbonátos képződményekhez kapcsolódó tárolók. E két rezervoár típus megfelelő kockázat csökkentése eltérő fókuszú és szemléletű földtani kutatást igényel, és a várható hőteljesítményük is számottevően eltér.
Az Újfalui Homokkő Formáció, a biztos befutó
A hazánkban legtöbb helyszínen hasznosított geotermikus rezervoár a mérsékelt mélységű (a legtöbb kút 1000–2000 m mélységből termel), késő-miocén–pliocén Újfalui Homokkő Formáció homoktestjei (1. ábra). Hozama általában jó, 500–1500 l/perc közötti, azonban a kifolyóvíz hőmérséklete mindössze néhány kútnál éri el a 100 °C-ot. Így termelőkutanként átlagosan 2–5 MW hőteljesítménnyel számolhatunk.
1. ábra az Újfalui Homokkő Formációhoz kapcsolódó termálkutak (forrás: SZTFH térképszerver OGRE adatbázisa)
A képződmény kialakulása a Pannon-tó feltöltődésének egy speciális üledékfelhalmozódási környezetéhez kapcsolható, a folyóvízi deltákhoz. Leegyszerűsítve tiszta agyag és tiszta homok szélsőértékei között váltakozó törmelékes üledékek és lignitrétegek ismétlődése építi fel (Juhász 1998). Hévíztermelési szempontból a lehető legtisztább homokrétegek megtalálása a cél. Kutatása általában egyszerűbb, mert nagy (akár több száz méter) vastagságú, regionális kiterjedésű képződményről van szó, de még így is előfordulnak sikertelen vagy kevésbé sikeres projektek. A legnagyobb műszaki problémát jellemzően a kitermelt víz - energetikai felhasználás esetében kötelező, de fenntarthatóság szempontjából is indokolt - visszasajtolásának megoldása jelenti. Az alaposan kidolgozott kutatási programokban a meglévő kútadatok értékelésén túl az esetleg rendelkezésre álló 3 dimenziós szeizmikus adatok vizsgálatának lehet kulcsszerepe, amelyek segítségével pontosabban lehatárolhatók a nagyobb mélységű és tisztább (agyagmentesebb) homokrétegek.
Ilyen földtani kutatás különösen azokon a területeken járul hozzá számottevően egy projekt sikerességéhez, ahol:
- viszonylag kis területen számos hévízkút található, és a termelés/visszasajtolás hatékonyságát jelentősen befolyásolhatja a kutak elhelyezkedése és a szűrők rétegsoron belüli pozícionálása;
- az adott projekt megtérülési mutatóit kiemelkedően érzékenyen érintené egy 5–10 °C-os hőmérsékletbeli, vagy néhány száz liter/perc vízhozambeli eltérés.
Sokszor tud a kutatás megoldást találni a hőigényre, fontos a teljes kutatási projekt összehangolása.
Repedezett karbonátos aljzati tárolók, a nagy játékosok
A repedezett karbonátos (mészkő és dolomit) tárolók leginkább a pre-tercier képződményekhez kapcsolódnak, fiatalabb karbonátos képződményekből csak lokális jelentőségű példák fordulnak elő. A pre-tercier aljzati karbonátok jellemzően a Dunántúli-középhegységi egység, a Bükki-egység és a Közép-dunántúli egység területén alkotják az aljzatot. Az Alföld területén a karbonátok inkább nagy, több ezer méteres mélységben és csak foltokban vannak jelen (2. ábra).
2. ábra A hazai pre-tercier képződményekből termelő termálkutak (forrás: SZTFH térképszerver OGRE adatbázisa) és a pre-tercier karbonátos képződmények elterjedése (Haas et al., 2010)
Az ábrán látható kutak egyben az összes hazai pre-tercier képződményből termelő kutat is jelentik. E képződmény vízhőmérséklete jóval szélesebb tartományban mozog. Az utóbbi tíz évben több olyan kutat mélyítettek, amelyek kifolyó hőmérséklete 120–140 °C között van, de a szénhidrogén-kutatás tapasztalatai alapján néhány helyszínen akár 170–180 °C is elérhető.
A célzottan ebbe a képződménybe mélyített kutak várható vízhozama az utóbbi 15 évben, korszerű kutatási programokat követően és legalább 7 inches szűrővel kiképezve jellemzően 4000–6000 l/perc, de nagyobb átmérővel fúrva és jól pozícionált kutak esetén 10 000–15 000 l/perc vízhozam is elérhető (pl. Bőny K-26). Ugyanakkor fontos megjegyezni, hogy ezeknek a kutaknak a mélysége általában nagyobb, földtanilag komplexebbek, ezáltal nagyobb a műszaki kockázatuk, így sikertelen projektek gyakrabban fordulnak elő, mint a homokkő rezervoárok esetében.
A regionális kiterjedésű homokkövekhez képest a repedezett karbonátok sokkal kiterjedtebb földtani kutatási programot igényelnek, sikerességi rátájuk alacsonyabb, ugyanakkor sikeres kútfúrás esetén a kinyerhető hőmennyiség lényegesen magasabb a nagyobb vízhozam és hőmérséklet miatt. Azonban a homokkőtárolóktól eltérően a repedezett tárolóknál a visszasajtolás általában műszakilag könnyebben megvalósítható.
Tehát repedezett rezervoár esetében gyakorlatilag nélkülözhetetlen a célzott földtani kutatási program végrehajtása a földtani kockázatok minimalizálása és a kinyerhető hőteljesítmény maximalizálása érdekében. A kutatás célja a karbonátos aljzat repedezett, nagy permeabilitású zónáinak megtalálása. Ilyen zónák lehetnek az aljzatfelszín felső néhány tíz, legfeljebb 100–200 m vastagságú részén, illetve vetőzónák környezetében. A kutatás eszköztárát részben ugyanazok az adatgyűjtési módszerek (archív kútadatok, 2 és 3 dimenziós szeizmika) adják, de fontos kiegészítő információt nyújthatnak a gravitációs és a magnetotellurikus mérések is.
WeHEAT, a mentőöv
Minthogy a geológiai kockázat minden projekt életében jelen van, megszüntetni nem, de jelentősen lehet csökkenteni a fent leírtak szerint. Azonban még a leggondosabb kutatás mellett is előfordul, hogy a mélyfúrás termálvíz kitermelésre alkalmatlan lesz. A geotermikus paletta azonban ilyen esetekre is kínál megoldást. Egy megfelelően lefúrt és kiképzett kút alkalmas mélységi hőcserélő beépítésére, amivel a geotermikus hő vízkitermelés nélkül is kinyerhető. Ezzel a technológiával a projekt kockázat nélkül is kinyerhető hőmennyisége modellezéssel meghatározható még a fúrás lemélyítése előtt.
Konklúziók
Egy modern földtani kutatási program végrehajtása során, az elmúlt évtizedek kutatási eredményeinek újraértékelése után általában a leghatékonyabb (egyben legköltségesebb) vizsgálati módszer az adott célmélységre tervezett, új 3 dimenziós szeizmikus mérés. Azonban a hazai adatellátottság és a különböző rezervoártípusok eltérő sajátosságai miatt ez a legtöbb esetben szerencsére nem okvetlenül szükséges. Porózus homokkő rezervoárok esetében a meglévő adatok szakszerű újrafeldolgozása és értékelése gyakran elegendő. Repedezett karbonátos vízadók esetében viszont a jóval nagyobb kockázat és egyben nagyobb hozampotenciál miatt fokozott óvatosság és szakszerű eljárásrend javasolt. Ilyen vízadók esetében kellő mennyiségű archív adat mellett is érdemes legalább két független földtani adatértékelést és szakvéleményt kérni. Kevesebb rendelkezésre álló adat esetén pedig mindenképpen javasolt célzott mérési program végrehajtása és annak többlépcsős kiértékelése. Két, egymástól független egybehangzó szakvélemény ára még mindig olcsóbb, mint egy sikertelen találat költsége.
Irodalom
Haas J. et al. (2010): Prekainozoos földtani térkép, 1:500 000. MÁFI.
Horváth F. et al. (2015): Pannon-medence és geotermikus erőforrásai. Geothermics 53, 328–352.
Juhász Gy. (1998): Pannóniai képződmények litosztratigráfiája. In: Bérczi I., Jámbor Á. (szerk.): Magyarország geológiai képződményeinek rétegtana, 469–484.
Nádor A., Lenkey L. (2024): Geothermal resources of Hungary. GSL Spec. Publ. 555, SP555-2024-43.
Energiaügyi Minisztérium (2024): Nemzeti Földhő Hasznosítási Koncepció.
Szanyi J., Nádor A., Madarász T. (2021): Geotermikus energia kutatása és hasznosítása. Földtani Közlöny 151(1), 79–102.
A cikk „A BKV Vasúti Járműjavító Kft. Fehér úti telephelyén létesített geotermikus kút kihasználtságának növelése a zuglói távhőkörzetben történő hőhasznosítással” című, SM06-GEO-PC7 számú programkomponens keretében valósul meg. A programkomponens a Svájci Alap támogatásával és Magyarország Kormányának társfinanszírozásával valósul meg.
www.svajcialap.hu 
@svajcialap
